翅片几何结构与翅片凝水特性关系研究

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当今世界,随着政治与经济格局的深刻调整,能源供求的关系也发生了重大的变化。目前,资源约束,生态破坏等问题严重影响我国的发展,调整产业结构,提高能源利用率,保证能源供给安全等是我国能源发展的重要目标。而翅片管换热器作为间壁式换热器的一种,由于其结构简单,布置紧凑,改造灵活,换热能力强,易于加工适应能力广以及排除污垢能力强等优势使得翅片管换热器在实际运用中较为广泛。由于在运用中翅片管空气侧的湿空气常常会有水蒸气析出,当空气中的水蒸气在翅片处析出时,会在翅片上形成液滴,而液滴的形成会对翅片管的传热性能有很大的影响。同时,由于空气中的水蒸气在翅片上析出,凝结液的产生会影响翅片管换热通道内空气的流动,进一步影响翅片管的换热性能。结构合理的翅片不仅能在有凝结液产生时保证换热器的换热能力,同时也可以减少凝结液产生时对换热器流动性能的影响。因此研究翅片结构对于凝水特性的影响十分必要。所以,本文对在有凝结液产生的情况下,翅片结构对于翅片的传热特性,凝结特性以及流动特性进行了数值模拟分析:(1)建立平直翅片的物理模型,对实际情况进行简化,建立了湿空气凝结的数学模型,同时验证了网格的无关性和模拟的正确性。得到了干湿工况下翅片管内的温度场,速度场,浓度场等。研究了湿空气在相对湿度从50%~80%,入口速度在1~4m/s时流经翅片管换热器的传热特性,凝结特性以及流动特性。(2)增加翅片管管基直径。通过计算对比管基直径增加前后的影响。发现随着相对湿度的增加,管基直径增大后,翅片的传热能力有所下降,凝结量有所增大,但析时系数有所下降。增大管径后阻力系数也大幅增加。计算后得到JF因子在0.8~0.9之间。(3)增加翅片管纵向间距。计算后发现,增加翅片管纵向间距后换热性能与凝结性能都有所降低,但阻力系数有所增高。计算后得到JF因子在0.85~0.95之间。(4)增加翅片管横向间距。计算分析后发现翅片管横向间距的增大,对于换热特性和凝结特性略有所降低,而阻力系数略有增大。通过计算后得到JF因子在0.98~1.04之间。(5)增加凹坑结构。当在平直翅片上增加凹坑结构后,翅片的换热能力大幅增高,阻力系数也略有所升高,凝结系数却略有所降低。表面换热系数最大增加了31%。计算后得到JF因子在1.06~1.51之间。
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